Глава 1. Литературный обзор

1. Требования к качеству автомобильных бензинов

Прямогонные бензиновые фракции нефти и газовых конденсатов, как правило, характеризуются низкими октановыми числами. Для получения современных товарных бензинов необходимо облагораживание бензиновых фракций. При производстве высокооктановых марок бензинов к их качеству предъявляется ряд требований, которые можно условно разделить на 4 группы:

1. Требования от производителей автомобилей, обеспечивающие нормальную работу двигателя;

2. Требования от производителей бензинов, определяемые возможностями нефтеперерабатывающей отрасли;

3. Требования, связанные с транспортированием и хранением автомобильных бензинов;

4. Экологические требования

Для двигателей с искровым зажиганием важно, чтобы сжигание бензина в смеси с воздухом в камере сгорания происходило с нормальной скоростью без возникновения детонации при любых режимах работы двигателя и климатических условиях. Требование к детонационной стойкости бензина является одним из ключевых требований, предъявляемых производителями двигателей с искровым зажиганием. Также для бензина важно иметь высокую теплоту сгорания, образование отложений в топливной, впускной системе и в камере сгорания должно быть минимальным, а продукты сгорания не должны быть токсичными и коррозионно-агрессивными. Для эксплуатации бензиновых двигателей в различных температурных условиях важно обеспечить необходимый уровень испаряемости топлива. Вышеуказанные требования регламентируют такие свойства и показатели качества автомобильных бензинов, как фракционный состав, давление насыщенных паров, склонность к образованию паровых пробок.

Автомобильные бензины производятся в различных технологических процессах нефтепереработки. Технические возможности переработки нефти

также формируют ряд требований, которые ограничивают показатели фракционного и углеводородного состава, содержание серы и различных антидетонаторов. Массовость производства подразумевает использование нефтяного сырья с широким варьированием по углеводородному и фракционному составам и содержанию различных сернистых соединений, что влияет на нормирование соответствующих показателей качества бензинов. С одной стороны, для увеличения выхода бензиновых фракций из перерабатываемого нефтяного сырья производство заинтересовано в повышении температуры конца кипения; с другой стороны, эффективное использование бензина в двигателе возможно при определенном ограничении содержания высококипящих фракций.

Детонационная стойкость должна достигаться с помощью имеющихся технологических процессов, компонентов и присадок, допущенных к применению в составе бензинов. Экономическую целесообразность этих требований важно определять как компромисс между требованиями производителей автомобилей и нефтепереработчиков.

Транспортировка автомобильного бензина от завода-изготовителя до автозаправочных станций через перевалочные базы хранения осуществляется различными путями (продуктопроводы, железнодорожный, водный, автомобильный транспорт). Соблюдение требований, связанных с транспортированием и хранением бензинов, позволяет сохранить их качество в течение нескольких лет.

Требования по транспортированию и хранению бензина связаны с такими свойствами бензинов, как физическая и химическая стабильность, склонность к потерям от испарения и образованию паровых пробок, растворимость воды, содержание коррозионно-агрессивных соединений и т. д.

Применение автомобильных бензинов сопряжено с негативным воздействием на окружающую среду, которое выражается в попадании в атмосферный воздух, воду и почву токсичных веществ. Источниками токсичных выбросов автомобилей являются отработавшие газы, картерные газы и пары топлива из впускной системы и топливного бака.

В этих отработавших газах содержатся такие токсичные вещества, как оксид углерода, оксиды азота, серы, элементарный углерод (сажа), продукты неполного окисления углеводородов, продукты сгорания различных присадок (оксиды и галогениды свинца при использовании этилированных бензинов), а также азот и неизрасходованный в процессе сгорания топлива кислород воздуха.

Экологические требования к бензинам ограничивают содержание серы, бензола, а также отдельных токсичных веществ, которые определяются по групповому углеводородному составу и по содержанию низкокипящих углеводородов. Благодаря этим ограничениям можно обеспечить надежную работу каталитической системы нейтрализации отработавших газов и уменьшить воздействие автомобильного парка на загрязнение окружающей среды.

Как правило, к автомобильным бензинам предъявляются экологические требования, связанные с такими показателями, как:

• октановое число;

• массовые концентрации Mn, Fe, используемых в качестве антидетонационных присадок;

• массовая доля серы;

• объемная доля ароматических углеводородов;

• объемная доля бензола;

• давление насыщенных паров (испаряемость);

• фракционный состав (температура перегонки 50 и 90 % топлив);

• объемная доля оксигенатов;

• массовая доля кислорода.

Вводимые в Европейском союзе нормы «Евро» позволили последовательно ужесточать экологические требования к автотранспорту. На данный момент действуют экологические нормы Евро-5, запланирован переход к стандартам Евро-6. Предъявляемые в Европейском союзе требования к автомобильным бензинам представлены в таблице 1.1 [1].

Таблица 1.1 – Требования, предъявляемые к автомобильным бензинам в Европейском союзе

Показатель	Евро-3 2000 г.	Евро-4 2005 г.	Евро-5 2011 г.	Евро-6 (в перспективе)
Максимальное содержание:
Бензола, % об.	1,0	1,0	1,0	1,0
Ароматических углеводородов, % об.	42	35	35	35
Олефиновых углеводородов, % об.	18	14	14	14
Кислорода, % об.	2,3	2,7	2,7	3,7
Серы, ppm	150	50	10	5

Долгое время в РФ стандартом для автобензинов был ГОСТ 2084-77, который не предусматривал контроль экологических требований при производстве бензинов. В неэтилированных бензинах не нормировалось содержание ароматических углеводородов, ограничивались лишь содержание свинца (менее 0,013 г/дм³) и массовая доля серы.

В 2011 году в рамках Таможенного союза Правительство Российской Федерации приняло технический регламент ТР ТС 013/2011 «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту». Предъявляемые в этом регламенте требования к выпускаемым на территории РФ автомобильным бензинам представлены в таблице 1.2 [2]. Предусмотренные техническим регламентом классы топлива во многом схожи с европейскими классами по стандарту EN:228 (таблица 1.1), хотя в некоторых показателях (содержание олефиновых углеводородов для 4 и 5 классов) наблюдаются различия.

Таблица 1.2 – Требования технического регламента автомобильных бензинов

Характеристика автомобильного бензина	Единица измерения	Нормы в отношении
		класса 2	класса 3		класса 4	класса 5
1	2	3	4		5	6
Массовая доля серы, не более	мг/кг	500	150		50	10
Объемная доля бензола, не более	%	5	1		1	1
Концентрация железа, не более	мг/дм3	отсутствие
Концентрация марганца, не более	мг/дм3	отсутствие
Продолжение таблицы 1.2
1	2	3	4	5		6
Концентрация свинца, не более	мг/дм3	отсутствие
Массовая доля кислорода, не более	%	-	2,7		2,7	2,7
Объемная доля углеводородов, не более:	%
ароматических		-	42		35	35
олефиновых		-	18		18	18
Октановое число
по исследовательскому методу, не менее		92	95		95	95
по моторному методу, не менее		83	85		85	85
Давление паров, не более	кПа
в летний период		-	45-80		45-80	45-80
в зимний период		-	50-100		50-100	50-100
Объемная доля оксигенатов, не более:	%
метанола		отсутствие
этанола		-	5		5	5
изопропанола		-	10		10	10
третбутанола		-	7		7	7
изобутанола		-	10		10	10
эфиров, содержащих 5 или более атомов углерода в молекуле		-	15		15	15
других оксигенатов (с температурой к.к. не выше 210 С)		-	10		10	10

Сегодня российские нефтеперерабатывающие заводы выпускают бензин по ГОСТ Р 51866-2002 с изменениями от 2008 года. Стандарт подразумевает классификацию бензинов на 3 вида по содержанию в них серы и ароматических углеводородов (таблица 1.3) [3].

Таблица 1.3 – Требования к бензинам по ГОСТ Р 51866-2002

Показатель	Супер Евро-98	Премиум Евро-95	Регуляр Евро-92
1	2	3	4
Октановое число, не менее: по исследовательскому методу по моторному методу	98,0 88,0	95,0 85,0	92,0 83,0
Плотность при 15 С, кг/м3	720-775	720-775	720-775

Продолжение таблицы 1.3
1	2	3	4
Концентрация свинца, мг/дм3, не более	5	5	5
Концентрация серы, мг/кг, не более: для вида I для вида II для вида III	150 50 10	150 50 10	150 50 10
Устойчивость к окислению, мин, не менее	360	360	360
Внешний вид	прозрачный и чистый	прозрачный и чистый	прозрачный и чистый
Объемная доля углеводородов, %, не более олефиновых ароматических для вида I для вида II для вида III	18,0 42,0 35,0 35,0	18,0 42,0 35,0 35,0	21,0 42,0 35,0 35,0
Объемная доля бензола, %, не более	1,0	1,0	1,0
Массовая доля кислорода, %, не более	2,7	2,7	2,7
Объемная доля оксигенатов, %, не более метанола этанола изопропилового спирта изобутилового спирта третбутилового спирта эфиров выше С5 других оксигенатов	3 5 10 10 7 15 10	3 5 10 10 7 15 10	3 5 10 10 7 15 10